Астрофизика

део астрономије који се првенствено бави физиком свемира

Астрофизика је део астрономије који се првенствено бави физиком свемира, укључујући луминозност, густину, температуру и хемијски састав звезда, галаксија и међузвезданог простора, као и њиховом интеракцијом.[4][5] Као што је рекао један од оснивача дисциплине, астрофизика „настоји да утврди природу небеских тела, а не њихов положај или кретање у простору – шта су, а не где се налазе.“[6] Међу предметима који се изучавају су, Сунце, друге звезде, галаксије, екстрасоларне планете, међузвездани медијум и космичка микроталасна позадина.[7][8] Емисије ових објеката се испитују у свим деловима електромагнетног спектра, а испитивана својства укључују осветљеност, густину, температуру и хемијски састав.

NGC 4414,[1][2][3] типична спирална галаксија у сазвежђу Береникина коса, је око 56.000 светлосних година у пречнику и око 60 милиона светлосних година удаљена од Земље.

Астрофизика је веома широка тема, те астрофизичари обично примењују многе дисциплине физике, укључујући механику, електромагнетизам, статистичку механику, термодинамику, квантну механику, релативитет, нуклеарну физику и физику елементарних честица.[9][10] У пракси, модерна астрономска истраживања укључују знатну количину физике. Назив универзитетског одељења („астрофизичког” или „астрономског”), често има више везе са историјом назива одељења, него са садржајем програма. Астрофизика може да се студира на нивоу основних студија, мастера и докторских студија у одељењима астронаутичког инжињеринга,[11][12] физике или астрономије на многим универзитетима. На старогрчком „ἡ φύσις τοῦ ἀστροῦ” значи „природа звезде”.

ИсторијаУреди

 
Поређење елементарног, соларног и звезданог спектра из раних 1900-их

Астрономија је древна наука, дуго одвојена од проучавања земаљске физике. У аристотеловском погледу на свет, тела на небу изгледала су као непроменљиве сфере чије је једино кретање било равномерно кретање по кругу, док је земаљски свет била област која је пролазила кроз раст и пропадање и у којој је природно кретање било праволинијско и завршавало се када би покретни објекат достигао свој циљ. Сходно томе, сматрало се да је небеско подручје направљено од суштински различите врсте материје од оне која се налази у земаљској сфери; или ватре како је сматрао Платон, или етра како је наводио Аристотел.[13][14] Током 17. века, природни филозофи као што су Галилеј,[15] Декарт[16] и Њутн[17] почели су да тврде да су небески и земаљски региони направљени од сличних врста материјала и да су подложни истим природним законима.[18] Њихов изазов је био то што још нису били изумљени алати којима би доказали ове тврдње.[19]

Током већег дела деветнаестог века, астрономска истраживања су била фокусирана на рутински посао мерења положаја и израчунавања кретања астрономских објеката.[20][21] Нова астрономија, која ће ускоро бити названа астрофизика, почела је да се појављује када су Вилијам Хајд Воластон и Јозеф фон Фраунхофер независно открили да се, приликом разлагања сунчеве светлости, уочава мноштво тамних линија (области у којима је било мање или нимало светлости) у спектру.[22] До 1860. физичар Густаф Кирхоф и хемичар Роберт Бунсен су показали да тамне линије у сунчевом спектру одговарају светлим линијама у спектрима познатих гасова, специфичним линијама које одговарају јединственим хемијским елементима.[23] Кирхоф је закључио да су тамне линије у сунчевом спектру узроковане апсорпцијом хемијских елемената у соларној атмосфери.[24] На овај начин је доказано да се хемијски елементи који се налазе на Сунцу и звездама налазе и на Земљи.

Међу онима који су проширили проучавање соларног и звезданог спектра био је Норман Локјер, који је 1868. открио блиставе, као и тамне, линије у сунчевим спектрима. Радећи са хемичарем Едвардом Франкландом на истраживању спектра елемената на различитим температурама и притисцима, он није могао да повеже жуту линију у сунчевом спектру ни са једним познатим елементом. Он је стога тврдио да та линија представља нови елемент, који је назван хелијум, по грчком Хелиосу, персонификованом Сунцу.[25][26]

Године 1885, Едвард Чарлс Пикеринг је предузео амбициозан програм класификације звезданог спектра на опсерваторији Харвард колеџа, у којем је тим жена рачунаркиња, посебно Вилијамина Флеминг, Антонија Мори и Ени Џамп Кенон, класификовао спектре снимљене на фотографским плочама. До 1890. године припремљен је каталог од преко 10.000 звезда који их је груписао у тринаест спектралних типова. Пратећи Пикерингову визију, до 1924. Канон је проширила каталог на девет томова и преко четврт милиона звездица, развијајући Харвардску класификацијску шему која је прихваћена за употребу широм света 1922. године.[27]

Године 1895. Џорџ Елери Хејл и Џејмс Е. Килер, заједно са групом од десет асоцираних уредника из Европе и Сједињених Држава,[28] основали су The Astrophysical Journal: An International Review of Spectroscopy and Astronomical Physics.[29] Тај часопис је био намењен попуњавању јаза између часописа из астрономије и физике, обезбеђујући место за објављивање чланака о астрономским применама спектроскопа; о лабораторијским истраживањима која су блиско повезана са астрономском физиком, укључујући одређивање таласних дужина металних и гасовитих спектра и експеримената о зрачењу и апсорпцији; о теоријама Сунца, Месеца, планета, комета, метеора и маглина; и о инструментацији за телескопе и лабораторије.[28]

Око 1920. године, након открића Херцшпрунг—Раселовог дијаграма који се још увек користи као основа за класификацију звезда и њихову еволуцију, Артур Едингтон је антиципирао откриће и механизам процеса нуклеарне фузије у звездама, у свом раду Унутрашња конституција звезда.[30][31] У то време, извор звездане енергије био је потпуна мистерија; Едингтон је тачно спекулисао да је извор фузија водоника у хелијум, ослобађајући огромну енергију према Ајнштајновој једначини E = mc2. Ово је био развој посебно вредан шажње, јер у то време фузија и термонуклеарна енергија, па чак и то да се звезде углавном састоје од водоника (погледајте металност), још нису били откривене.[32]

Године 1925. Сесилија Хелена Пејн (касније Сесилија Пејн-Гапошкин) написала је утицајну докторску дисертацију на Радклиф колеџу, у којој је применила теорију јонизације на звездане атмосфере да повеже спектралне класе са температуром звезда.[33] Оно што је најзначајније, открила је да су водоник и хелијум главне компоненте звезда. Упркос Едингтоновом предлогу, ово откриће је било толико неочекивано да су је читаоци њене дисертације убедили да измени закључак пре објављивања. Међутим, каснија истраживања су потврдила њено откриће.[34]

До краја 20. века, студије астрономских спектра су се прошириле на таласне дужине које се протежу од радио таласа преко оптичких, рендгенских и гама таласних дужина.[35] У 21. веку се то је додатно проширено да укључује посматрања заснована на гравитационим таласима.

Види јошУреди

РеференцеУреди

  1. ^ Turner, Anne; Ferrarese, Laura; Saha, Abhijit; Bresolin, Fabio; Kennicutt, Jr, Robert C.; Stetson, Peter B.; Mould, Jeremy R.; Freedman, Wendy L.; Gibson, Brad K.; Graham, John A.; Ford, Holland; Han, Mingsheng; Harding, Paul; Hoessel, J. G.; Huchra, John P.; Hughes, Shaun M. G.; Illingworth, Garth D.; Kelson, Daniel D.; Macri, Lucas; Madore, Barry F.; Phelps, Randy; Rawson, Daya; Sakai, Shoko; Silbermann, N. A. (1998). „The Hubble Space Telescope Key Project on the Extragalactic Distance Scale. XI. The Cepheids in NGC 4414”. The Astrophysical Journal. 505 (1): 207—229. Bibcode:1998ApJ...505..207T. doi:10.1086/306150. 
  2. ^ Gregory, Stephen A.; Thompson, Laird A. (април 1977). „The Coma i Galaxy Cloud”. The Astrophysical Journal (на језику: енглески). 213: 345—350. Bibcode:1977ApJ...213..345G. ISSN 0004-637X. doi:10.1086/155160. 
  3. ^ „NGC 4414, a dusty spiral galaxy in Coma Berenices”. Anne's Astronomy News (на језику: холандски). 2012-11-12. Приступљено 2018-05-02. 
  4. ^ Eddington 2010.
  5. ^ Eddington 1988
  6. ^ Keeler, James E. (новембар 1897), „The Importance of Astrophysical Research and the Relation of Astrophysics to the Other Physical Sciences”, The Astrophysical Journal, 6 (4): 271—288, Bibcode:1897ApJ.....6..271K, doi:10.1086/140401 
  7. ^ „Focus Areas – NASA Science”. nasa.gov. 
  8. ^ „astronomy”. Encyclopædia Britannica. 
  9. ^ Maoz, Dan. Astrophysics in a Nutshell. Princeton University Press. стр. 272. 
  10. ^ „astrophysics”. Merriam-Webster, Incorporated. Архивирано из оригинала на датум 10. 6. 2011. Приступљено 2011-05-22. 
  11. ^ „Required Education”. study.com. Приступљено 2015-06-22. 
  12. ^ „Education, Aerospace Engineers”. myfuture.com. Приступљено 2015-06-22. 
  13. ^ Lloyd, G. E. R. (1968). Aristotle: The Growth and Structure of His Thought . Cambridge: Cambridge University Press. стр. 134–135. ISBN 978-0-521-09456-6. 
  14. ^ Cornford, Francis MacDonald (c. 1957) [1937]. Plato's Cosmology: The Timaeus of Plato translated, with a running commentary. Indianapolis: Bobbs Merrill Co. стр. 118. 
  15. ^ Galilei, Galileo (1989-04-15), Van Helden, Albert, ур., Sidereus Nuncius or The Sidereal Messenger, Chicago: University of Chicago Press (објављено 1989), стр. 21, 47, ISBN 978-0-226-27903-9 
  16. ^ Edward Slowik (2013) [2005]. „Descartes' Physics”. Stanford Encyclopedia of Philosophy. Приступљено 2015-07-18. 
  17. ^ Westfall, Richard S. (1983-04-29), Never at Rest: A Biography of Isaac Newton , Cambridge: Cambridge University Press (објављено 1980), стр. 731–732, ISBN 978-0-521-27435-7 
  18. ^ Burtt, Edwin Arthur (2003) [First published 1924], The Metaphysical Foundations of Modern Science (second revised изд.), Mineola, NY: Dover Publications, стр. 30, 41, 241—2, ISBN 978-0-486-42551-1 
  19. ^ Ladislav Kvasz (2013). „Galileo, Descartes, and Newton – Founders of the Language of Physics” (PDF). Institute of Philosophy, Academy of Sciences of the Czech Republic. Приступљено 2015-07-18. 
  20. ^ Case, Stephen (2015), „'Land-marks of the universe': John Herschel against the background of positional astronomy”, Annals of Science, 72 (4): 417—434, Bibcode:2015AnSci..72..417C, PMID 26221834, doi:10.1080/00033790.2015.1034588 , »The great majority of astronomers working in the early nineteenth century were not interested in stars as physical objects. Far from being bodies with physical properties to be investigated, the stars were seen as markers measured in order to construct an accurate, detailed and precise background against which solar, lunar and planetary motions could be charted, primarily for terrestrial applications.« 
  21. ^ Donnelly, Kevin (септембар 2014), „On the boredom of science: positional astronomy in the nineteenth century”, The British Journal for the History of Science, 47 (3): 479—503, doi:10.1017/S0007087413000915 
  22. ^ Hearnshaw, J.B. (1986). The analysis of starlight. Cambridge: Cambridge University Press. стр. 23—29. ISBN 978-0-521-39916-6. 
  23. ^ Kirchhoff, Gustav (1860), „Ueber die Fraunhofer'schen Linien”, Annalen der Physik, 185 (1): 148—150, Bibcode:1860AnP...185..148K, doi:10.1002/andp.18601850115 
  24. ^ Kirchhoff, Gustav (1860), „Ueber das Verhältniss zwischen dem Emissionsvermögen und dem Absorptionsvermögen der Körper für Wärme und Licht”, Annalen der Physik, 185 (2): 275—301, Bibcode:1860AnP...185..275K, doi:10.1002/andp.18601850205  
  25. ^ Cortie, A. L. (1921), „Sir Norman Lockyer, 1836 – 1920”, The Astrophysical Journal, 53: 233—248, Bibcode:1921ApJ....53..233C, doi:10.1086/142602 
  26. ^ Jensen, William B. (2004), „Why Helium Ends in "-ium" (PDF), Journal of Chemical Education, 81 (7): 944—945, Bibcode:2004JChEd..81..944J, doi:10.1021/ed081p944 
  27. ^ Hetherington, Norriss S.; McCray, W. Patrick, Weart, Spencer R., ур., Spectroscopy and the Birth of Astrophysics, American Institute of Physics, Center for the History of Physics, Архивирано из оригинала на датум 7. 9. 2015, Приступљено 19. 7. 2015 
  28. ^ а б Hale, George Ellery (1895), „The Astrophysical Journal”, The Astrophysical Journal, 1 (1): 80—84, Bibcode:1895ApJ.....1...80H, doi:10.1086/140011 
  29. ^ The Astrophysical Journal. 1 (1).
  30. ^ Eddington, A. S. (октобар 1920), „The Internal Constitution of the Stars”, The Scientific Monthly, 11 (4): 297—303, Bibcode:1920Sci....52..233E, JSTOR 6491, PMID 17747682, doi:10.1126/science.52.1341.233 
  31. ^ Eddington, A. S. (1916). „On the radiative equilibrium of the stars”. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 77: 16—35. Bibcode:1916MNRAS..77...16E. doi:10.1093/mnras/77.1.16 . 
  32. ^ McCracken, Garry; Stott, Peter (2013-01-01). McCracken, Garry; Stott, Peter, ур. Fusion (на језику: енглески) (Second изд.). Boston: Academic Press. стр. 13. ISBN 978-0-12-384656-3. doi:10.1016/b978-0-12-384656-3.00002-7. »Eddington had realized that there would be a mass loss if four hydrogen atoms combined to form a single helium atom. Einstein’s equivalence of mass and energy led directly to the suggestion that this could be the long-sought process that produces the energy in the stars! It was an inspired guess, all the more remarkable because the structure of the nucleus and the mechanisms of these reactions were not fully understood.« 
  33. ^ Payne, C. H. (1925), Stellar Atmospheres; A Contribution to the Observational Study of High Temperature in the Reversing Layers of Stars (PhD Thesis), Cambridge, Massachusetts: Radcliffe College, Bibcode:1925PhDT.........1P 
  34. ^ Haramundanis, Katherine (2007), „Payne-Gaposchkin [Payne], Cecilia Helena”, Ур.: Hockey, Thomas; Trimble, Virginia; Williams, Thomas R., Biographical Encyclopedia of Astronomers, New York: Springer, стр. 876—878, ISBN 978-0-387-30400-7, Приступљено 19. 7. 2015 
  35. ^ Biermann, Peter L.; Falcke, Heino (1998), „Frontiers of Astrophysics: Workshop Summary”, Ур.: Panvini, Robert S.; Weiler, Thomas J., Fundamental particles and interactions: Frontiers in contemporary physics an international lecture and workshop series. AIP Conference Proceedings, 423, American Institute of Physics, стр. 236—248, Bibcode:1998AIPC..423..236B, ISBN 1-56396-725-1, arXiv:astro-ph/9711066 , doi:10.1063/1.55085 

ЛитератураУреди


Спољашње везеУреди